Hartslagmeter

Woudschoten conferentie 2004
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
Hans Blom
Herman Ossevoort
Technische Universiteit Eindhoven
Faculteit Elektrotechniek
Signal Processing Systems
Medische Elektrotechniek
hartslagmeter
2
Inhoudsopgave






Biomedische techniek
Meten en signaalverwerken
Het ECG
Werking van de hartslagmeter
Handleiding bij de bouw van de hartslagmeter
Demo ( Het hartslagmeter-project voor de VWO)
hartslagmeter
3
Signalen
Van binnen naar buiten
Van buiten naar binnen
hartslagmeter
4
Signalen als informatiebron over het lichaam





Elektrisch: ECG, EEG, EMG
Mechanisch: druk, flow, volume
Fysisch: bloedgassen, concentraties
Thermisch: temperaturen
Wiskundig: frequentie, periode, helling,
maximum, minimum, gemiddelde, ...
hartslagmeter
5
Signalen als informatiebron voor het lichaam
Elektrische stimuli: hart (pacemaker,
defibrillator), hersenen, spieren, elektrochirurgie
 Mechanische ondersteuning: kunsthart, hartlongmachine, ventilator, kunstledematen

steeds elektrische aansturing
hartslagmeter
6
Gebruik van signalen:
Diagnostiek
 Operatiekamer
 Intensive
Care Unit
 Couveuse
 EHBO
 Huisarts
 Thuiszorg
hartslagmeter
7
Gebruik van signalen:
patiëntbewaking
Measurement
Therapy
adjustment
Interpretation
(display)
Decision
(choice of therapy)
hartslagmeter
8
Elektrisch model van patiënt en ventilator
hartslagmeter
9
Signalen en hun modellen
25
50
mean inspired flow
20
40
30
20
maximum
maximum
15
inspired
volume
time constant
10
10
expired volume
5
minimum
0
minimum
I
II
0
III
I
III
II
-10
1
0
2
inspiratory flow (l/min)
18
slope
plateau slope
pause
12
3
4
time (s)
maximum
20
pressure drop
14
1
2
expiratory flow (l/min)
25
maximum
16
0
4
time (s)
3
15
time constant
down
slope
10
up slope
10
5
minimum
8
II
III
IV
minimum
0
I
6
0
1
pressure (cmH2O
2
3
4
time (s)
I
1
0
CO2 (mmHg)
hartslagmeter
II
2
III
3
IV
I
4
time (s)
10
Depolarisatie van de hartspier

hartslagmeter
11
De Einthoven driehoek
driehoek
hartslagmeter
12
Het ECG
hartslagmeter
13
Normaal en abnormaal ECG
hartslagmeter
14
Electrodes
hartslagmeter
15
Extra electrodes
hartslagmeter
16
12-lead ECG
hartslagmeter
17
Kamerfibrillatie
hartslagmeter
18
hartslagmeter
19
Het Elektrocardiogram
Het verloop in de tijd van het ECG
hartslagmeter
20
Het opnemen van het ECG
Elektrische spanning, -stroom, weerstand en
de Wet van Ohm
Afbeelding van een weerstand en symbool
hartslagmeter
22
Elektrische spanning, -stroom, weerstand en
de Wet van Ohm
Watercircuit
hartslagmeter
23
Elektrische spanning, -stroom, weerstand en
de Wet van Ohm
Elektrisch schema
hartslagmeter
24
WATERCIRCUIT
Waterpomp
Waterstroom
Waterdruk
Dunne buis
Dikke buis
ELEKTRISCH CIRCUIT
→
→
→
→
→
Elektrische pomp (batterij)
Elektrische stroom (I)
Elektrische druk (spanning V)
Weerstand (R)
Geleider (= doorverbinding,
hetgeen inhoudt dat de
weerstand praktisch nul
is.)
hartslagmeter
25
Elektrische spanning, -stroom, weerstand en
de Wet van Ohm
Spanning
Stroom 
Weerstand
V
I
R
hartslagmeter
26
Elektrische spanning, -stroom, weerstand en
de Wet van Ohm
Elektrisch circuit bestaande uit een batterij en twee weerstanden
hartslagmeter
27
De condensator
hartslagmeter
28
De condensator
Een condensator vergeleken met een waterbak
hartslagmeter
29
De condensator
Het ontladen van een condensator via een weerstand
hartslagmeter
30
De condensator
Het opladen van een condensator via een weerstand
hartslagmeter
31
De condensator
Kleine weerstand, kraan ver open
→
waterbak snel leeg
Grote weerstand, kraan bijna dicht
→
waterbak loopt langzaam leeg
hartslagmeter
32
De operationele versterker (Op- Amp)
In dit kastje bevinden zich vier Op -Amps
hartslagmeter
33
De operationele versterker (Op- Amp)
Symbool van een Op-Amp
hartslagmeter
34
Blokschema van de hartslagmeter
hartslagmeter
35
Totaalschema van de hartslagmeter
Het tellen van het aantal pulsen
hartslagmeter
36
Het totale schema
Het totale schema (deel1)
hartslagmeter
37
Het totale schema
Het totale schema (deel2)
hartslagmeter
38
Het totale schema
Opbouw van de “pulsvormer1”
hartslagmeter
39
Het totale schema
Instelling van de waarde op de – aansluiting van Op-Amp IC4.3
hartslagmeter
40
Het totale schema
Pulsvormer2
hartslagmeter
41
Het totale schema
De “teller” uit het blokschema met de “waterbak-voorstelling” ervan
hartslagmeter
42
hartslagmeter
43
Handleiding bij de bouw van de hartslagmeter
De print-layout
hartslagmeter
44
hartslagmeter
45
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
Demo ( Het hartslagmeter-project voor de VWO)
Meet je eigen hartslag en bepaal je fysieke conditie.
hartslagmeter
46
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
Blokschema van de hartslagmeter
hartslagmeter
47
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
hartslagmeter
48
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
Het ijken van de hartslagmeter
Wat hebben we daarvoor nodig?
hartslagmeter
49
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?





ECG-signaal (simulatie)
Hartslagmeter
Voltmeter
Voeding
Eventueel een scoop
hartslagmeter
50
Line Out
R2
120k
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
R1
12k
De simulator
hartslagmeter
51
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
hartslagmeteropstelling
hartslagmeter
52
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
Opdracht: Meet je eigen hartslag en bepaal je fysieke
conditie.
Voer de volgende stappen uit:
 De hartslagmeter een beetje leren kennen, elektrische signaaltjes
bekijken.
 De hartslagmeter afregelen en een ijkgrafiek opstellen.
 De alarmnivo's afregelen.
 Je eigen hartfrequentie meten in rust.
 Fysieke inspanning leveren. Gedurende 10 minuten, elke 30
seconden je hartfrequentie aflezen.
 De fysieke conditie bepalen.
hartslagmeter
53
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
1. De hartslagmeter een beetje leren kennen elektrische
signaaltjes bekijken. Meetpunten 1,2,3
2. De hartslagmeter afregelen en een ijkgrafiek opstellen.
3. De alarmnivo's afregelen.
hartslagmeter
54
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
tabel 1.
Hartfrequentie met
simulator
(in slagen per minuut)
Gemeten spanning
(in millivolt, mV)
Gemeten spanning
(in Volt, V)
52
76
100
150
200
210
hartslagmeter
55
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
ijkgrafiek
4V
3V
2V
1V
V = funktie van f
(f = freq. in slagen per minuut)
0V
0
25
75
100
125
150
hartslagmeter
175
200
225
56
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
4V
4. Je eigen hartfrequentie meten in rust.
Dat betekent dat de hartslagmeter niet
meer verbonden is met het lichtnet, en op
een batterij van 9 V werkt
Dus de hartslagmeter mag op geen enkele
wijze meer verbonden zijn met het lichtnet
!!!
hartslagmeter
57
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
4V
Tabel 2.
Gemeten spanning
(in Volt, V)
Hartfrequentie
(inslagen per minuut)
Opzoeken in ijkgrafiek
Persoon 1 ...............................
Persoon 2 ...............................
Tabel: Hartfrequentie in rust
hartslagmeter
58
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
4V
Tabel 3
Persoon 1 ...............................
Tijd
In
seconden
Spanning
in
Volt
Persoon 2 ...............................
Frequentie
in hartslagen
per minuut
Spanning
in
Volt
Frequentie
in hartslagen
per minuut
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
hartslagmeter
59
Signalen in en uit het lichaam en wat kun je er mee?
4V
Conditie bepalen
hartslagmeter
60
Grafiek voor de
bepaling van de
4V
halfwaarde
tijd
Hier worden de resultaten
ingevuld van:
Hartslag in slagen per minuut
↑
200
150
•tabel 2 (in rust)
•tabel 3 inspanning)
en vervolgens wordt de
halfwaardetijd bepaald
100
50
→
tijd in seconden
0
0
60
hartslagmeter
120
180
240
300
360
61
hartslagmeter
62